Το Σούνιο, στην είσοδο του Σαρωνικού και του Ευρίπου, ήταν ζωτικής σημασίας για την άμυνα της Αττικής. Ένα από τα πέντε σημαντικότερα φρούριά της, χτισμένο στα τέλη του 6ου αιώνα π.Χ., στέγαζε μόνιμη φρουρά.
Στο νοτιότερο άκρο της χερσονήσου βρέθηκαν πρωτοελλαδικοί κιβωτιόσχημοι τάφοι, λεπίδες οψιανού και τμήματα κυκλαδικών ειδωλίων που αποδίδονται σε υπαίθριο πανάρχαιο ιερό. Άλλωστε, η πρώτη αναφορά στο «ιερό Σούνιο» βρίσκεται στην Οδύσσεια (γ 278).
Στο ψηλότερο σημείο της απόκρημνης άκρης της χερσονήσου, ο πώρινος, περίπτερος δωρικός ναός στον Ποσειδώνα (τέλος 6ου αιώνα π.Χ.) καταστράφηκε στις περσικές επιδρομές. Επί Περικλή συνεχίστηκε η κατασκευή του ερειπωμένου ναού που τώρα ήταν μαρμάρινος, περίπτερος και με δύο κίονες μεταξύ παραστάδων στον πρόναο και το σηκό. Πάνω από τον πρόναο υπήρχε ζωφόρος με σκηνές Κενταυρομαχίας. Από τα αρχαϊκά αναθήματα βρέθηκαν πολλά κομμάτια κούρων από τα οποία συναρμολογήθηκαν δύο. Οι κούροι ήταν τοποθετημένοι γύρω από τον πώρινο ναό.
Στην κορυφή ενός χαμηλότερου λόφου, στην ανατολική πλευρά της χερσονήσου, ιδρύθηκε το ιερό της Αθηνάς Σουνιάδος. Ο σηκός χωριζόταν με κιγκλίδωμα σε δύο μέρη, και στο ανατολικό υπήρχε το βάθρο της θεάς. Κιονοστοιχίες υπήρχαν μόνο στις δύο πλευρές, νότια και ανατολική, ιδιομορφία που εντυπωσίασε τον Βιτρούβιο. Στη βορειοανατολική πλευρά του περιβόλου της Αθηνάς υπήρχε μικρότερος ναός.
Όταν ο Παυσανίας περιηγείται την Αττική αποδίδει στην Αθηνά το ναό του Ποσειδώνα, που διατηρούσε πλέον μόνο τις κιονοστοιχίες. Η λανθασμένη απόδοση διατηρήθηκε ως τις αρχές του 20ού αιώνα, όταν το λάθος του Παυσανία διόρθωσαν οι ανασκαφικές έρευνες του Β. Στάη (1899 και 1900).